一、蒸发器用水软化的必要性

• 结垢问题：钙镁离子在高温下生成 CaCO₃、Mg (OH)₂等沉淀物，附着在蒸发器换热表面，降低传热效率，甚至堵塞管道；
• 设备损耗：结垢层导致蒸发器能耗增加（能耗可上升 10%-30%），频繁清洗会缩短设备寿命。
  因此，蒸发器进水需通过离子软化过滤设备去除硬度离子，确保水质达标（通常要求硬度＜0.03 mmol/L）。

二、离子软化过滤设备的核心原理

1. 离子交换法（*常用）

• 原理：利用离子交换树脂（如 Na 型阳离子树脂）中的 Na⁺与水中 Ca²⁺、Mg²⁺发生置换反应，反应式如下：
  • 2R-Na + Ca²⁺ → R₂-Ca + 2Na⁺
  • 2R-Na + Mg²⁺ → R₂-Mg + 2Na⁺
  • 树脂失效后，用 NaCl 溶液再生：R₂-Ca + 2Na⁺ → 2R-Na + Ca²⁺，恢复交换能力。
• 关键参数：
  • 树脂交换容量：通常为 1000-2000 mmol/L 树脂；
  • 运行流速：10-30 m/h，流速过高会降低交换效率。

2. 其他软化技术（辅助或替代方案）

• 石灰软化法：投加 Ca (OH)₂和 Na₂CO₃，与 Ca²⁺、Mg²⁺生成沉淀物：
  • Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
  • Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
    适用于高硬度、高碱度废水，需配合沉淀过滤设备（如沉淀池、过滤器）。
• 膜分离法（如纳滤 NF）：利用纳滤膜截留 Ca²⁺、Mg²⁺（截留率＞90%），同时允许小分子有机物通过，适用于对水质要求极高的场景（如纯水制备），但成本较高。

三、离子交换软化过滤设备的典型结构与操作步骤

1. 设备组成（以固定床离子交换器为例）

• 罐体：采用玻璃钢、不锈钢或碳钢衬胶材质，内部填充离子交换树脂（填充率 70%-80%）；
• 布水系统：顶部进水布水器（如筛网式、多孔板式）和底部出水收集器，确保水流均匀通过树脂层；
• 再生系统：NaCl 溶液储罐、计量泵及管道，用于树脂再生；
• 控制系统：自动阀门、流量计、硬度在线监测仪，实现运行 - 再生自动化控制。

2. 操作流程

3. 自动化控制模式

• 时间控制：按设定周期（如 24 小时）自动启动再生，适用于水质稳定的场景；
• 流量控制：根据累计处理水量自动触发再生（如每处理 1000 吨水再生一次），精度更高。

四、设备选型与维护要点

1. 选型关键参数

• 处理水量：根据蒸发器进水量确定设备直径和数量（如 10 m³/h 流量可选直径 800 mm 的单台设备）；
• 原水硬度：硬度越高，树脂用量越大（如原水硬度 10 mmol/L，树脂工作交换容量 1000 mmol/L，1 m³ 树脂可处理 100 m³ 水）；
• 出水要求：蒸发器进水通常要求硬度＜0.03 mmol/L，需选择高交换容量树脂（如强酸性苯乙烯系树脂）。

2. 日常维护要点

• 树脂污染防治：
  • 避免原水含 Fe³⁺、Al³⁺（可用锰砂过滤器预处理），否则会导致树脂 “铁中毒”，失去交换能力；
  • 禁止与氧化剂（如 Cl₂）接触，防止树脂氧化破碎。
• 反洗频率：若原水悬浮物高（＞50 mg/L），需增加反洗次数，避免树脂层堵塞；
• 再生效果检查：定期检测再生后树脂的交换容量（如每季度一次），若容量下降＞30%，需用盐酸或专用复苏剂处理，或更换树脂。

五、与其他软化工艺的对比

六、工程应用案例

• 场景：某化工企业 MVR 蒸发器处理高盐废水，原水硬度 8 mmol/L，要求进水硬度＜0.03 mmol/L。
• 方案：采用 2 台 Φ1200 mm 的钠离子交换器（一用一备），填充 001×7 强酸性树脂，单台处理量 20 m³/h，运行流速 20 m/h。
• 效果：出水硬度稳定在 0.02 mmol/L 以下，蒸发器运行 6 个月无明显结垢，能耗较未软化时降低 15%。